Низковольтные стальные опоры линий электропередачи: разоблачение мифов о конструкции, производстве и защите от коррозии

Стальные опоры электропередач быстро становятся краеугольным камнем современных, надёжных распределительных сетей низкого напряжения. Их превосходство обусловлено не только преимуществами перед бетоном, но и сложными инженерными решениями в области их конструкции, изготовления и, что особенно важно, защиты от коррозии. Давайте углубимся в техническую суть этих важнейших компонентов сети.

1. Структурное проектирование: форма следует за функцией и силой

Опоры линий электропередачи низкого напряжения рассчитаны на сложные нагрузки: вертикальный вес (проводов, оборудования), горизонтальное ветровое давление и возможное обледенение. Ключевые конструктивные решения включают:

1. Конические монополи (конические): Наиболее распространённая конструкция. Диаметр столба и толщина стенки постепенно уменьшаются от прочного основания (высокий изгибающий момент) к более лёгкой верхней части. Эта конструкция:

   1. -Оптимизирует материал: Сталь используется только там, где необходима прочность.

   2. -Улучшает эстетику: Создает элегантный профиль.

   3. -Повышает производительность: Коническая форма эффективно распределяет нагрузку на фундамент.

2. Многосекционные столбы (комбинированные): Используется для очень высоких столбов или для особых требований к нагрузке. Секции (обычно 2 или 3) соединяются между собой с помощью:

   1. -Фланцевые соединения: Прочные стальные пластины, приваренные к концам каждой секции и скреплённые болтами. Требуют точной обработки и болтового соединения. Обеспечивают высокую прочность и жёсткость. Применяются для опор большего диаметра.

   2. - Соединения с гнездом (скользящее соединение): Верхняя секция имеет конец уменьшенного диаметра, который вставляется в нижнюю секцию. Крепится стяжными болтами или срезными штифтами. Монтаж более быстрый, но обычно используется при меньших нагрузках или меньшей высоте, чем фланцевые соединения.

3. Принцип конструкции: Поперечное сечение (диаметр, толщина стенки) тщательно рассчитывается на основе:

   1. -Момент сопротивления сечения: Определяет сопротивление опоры изгибающим моментам, вызванным ветровыми и проводниковыми нагрузками.

   2. -Момент инерции: Влияет на устойчивость к изгибу.

   3. -Критерии локального выпучивания: Гарантирует, что тонкие стальные стенки не деформируются при сжатии.

   4. -Пределы прогиба: Гарантирует, что столб не прогнется чрезмерно под нагрузкой, сохраняя безопасные зазоры между проводниками.

2. Производственный процесс: точность от пластины до столба

Качество производства имеет первостепенное значение для производительности и долговечности. Основной процесс включает в себя:

1. Выбор материала и резка: Высококачественные листы из конструкционной стали (например, ASTM A572 Grade 50) точно разрезаются на трапециевидные формы с помощью плазменных или лазерных резаков с ЧПУ.

2. Прокатка: Плоские пластины подаются через ряд роликов вальцовочной машины пирамидальной формы. Последовательная гибка преобразует трапецию в коническую или цилиндрическую форму. Точный контроль обеспечивает постоянную конусность и округлость.

3. Продольная сварка: Кромки прокатанного листа соединяются и свариваются по всей длине методом дуговой сварки под флюсом (SAW). SAW применяется для:

   1. -Глубокое проникновение: Создает прочный, равномерный сварной шов по всей толщине.

   2. -Высокие скорости осаждения: Эффективен для длинных швов.

   3. - Превосходное качество и постоянство: Обеспечивает гладкие сварные швы без шлака с минимальным разбрызгиванием под защитным слоем флюса.

   4. -Критический контроль качества: Целостность сварного шва не подлежит обсуждению. Предварительный нагрев (при необходимости), параметры сварки (напряжение, ток, скорость) и послесварочный контроль регламентируются строгими процедурами. Неразрушающий контроль (НК), такой как ультразвуковой (УЗК) или радиографический (РК), выявляет внутренние дефекты (пористость, несплавление, трещины).

4. Выпрямление и изменение размера: Сварная оболочка может проходить через калибровочные валки или выпрямляться с помощью гидравлических прессов для обеспечения идеального совмещения и точности размеров.

5. Окончание подготовки: Опорные плиты привариваются для непосредственного заглубления или крепления анкерными болтами. Верхние плиты или соединительные элементы (фланцы или муфты) привариваются. Отверстия для крепления оборудования точно сверлятся или пробиваются.

6. Очистка и подготовка поверхности (критически важно для нанесения покрытия): Столб подвергается тщательной очистке:

   1. - Обезжиривание: Удаляет масла и смазки.

   2. -Маринование: Кислотная ванна удаляет прокатную окалину и ржавчину.

   3. -Флюсование: Наносит защитный слой (часто хлорида цинка и аммония) для предотвращения окисления перед цинкованием и улучшения адгезии цинка.

3. Защита от коррозии: жизненно важная защита

Защита стали от воздействия окружающей среды — важнейший фактор, обеспечивающий десятилетия службы. В опорах низкого напряжения используются две основные системы:

• 1. Горячее цинкование (HDG): золотой стандарт

  • Процесс: Тщательно очищенный столб погружают в ванну с расплавленным цинком (обычно при температуре около 450°C / 840°F). Происходит металлургическая реакция, в результате которой образуется ряд слоёв цинково-железного сплава, покрытых слоем чистого цинка.

  • Основные стандарты: ASTM A123/A123M — основная спецификация для цинкования конструкционной стали в Северной Америке. Она определяет:

    1. -Толщина покрытия: Минимальные требования зависят от толщины стали (например, для стали >6 мм минимальная средняя толщина составляет 85 мкм / 3,4 мила). Более толстая сталь обычно требует более толстого покрытия.

    2. -Соблюдение: Покрытие должно выдерживать специальные испытания, не отслаиваясь.

    3. -Появление: Определяет приемлемые состояния поверхности.

  • Преимущества: Исключительно прочный, долговечный (обычно более 50 лет), обеспечивает катодную (жертвенную) защиту открытых стальных кромок или царапин, неприхотлив в уходе.

  • Контроль качества: Толщина покрытия измеряется магнитным методом (например, с помощью Elcometer) в нескольких точках. Визуальный осмотр позволяет проверить однородность, наличие комков, оголенных участков и зольных включений. Адгезия проверяется закалкой или лёгким постукиванием молотком.

• 2. Современные покрытия (полимерные/порошковые):

  1. Процесс: Наносится после цинкования (дуплексная система) или непосредственно на специально подготовленную сталь (реже используется для защиты линии заземления). Обычно включает в себя напыление электростатически заряженного порошка (эпоксидной смолы, полиэстера, полиуретана) на столб, который затем отверждается в печи, образуя толстую сплошную плёнку.

  2. Преимущества: Широкая цветовая гамма (эстетичность), отличная стойкость к УФ-излучению, хорошая химическая стойкость, гладкая поверхность. В дуплексной системе значительно увеличивает срок службы, защищая цинковый слой.

  3. Приложения: Набирает всё большую популярность, особенно в городских условиях, где эстетика имеет значение, или в сочетании с горячим оцинкованием для максимальной защиты. Покрытия, наносимые непосредственно на сталь, требуют тщательной подготовки поверхности (например, абразивоструйной очистки до степени шероховатости Sa 2.5) и обычно используются для надземных участков или в менее агрессивных средах, чем покрытие, наносимое только горячим оцинкованием.

  4. Стандарты: Для проверки качества покрытия применяются такие стандарты ASTM, как D4138 (адгезия), D3359 (адгезия методом решетчатой резки), D714 (образование пузырей), D4060 (истирание), D4585 (стойкость к соляному туману).

Заключение: Инженерное совершенство для обеспечения устойчивости сетей

Широкое внедрение стальных трубчатых опор в сетях низкого напряжения основано на сложной структурной инженерии, прецизионном производстве, в частности, высоконадежной сварке, и, что самое важное, передовых, строго контролируемых системах защиты от коррозии. Понимание взаимодействия между конической или многосекционной конструкцией, надежным производственным процессом с акцентом на качество сварки и научными основами покрытий, таких как горячее цинкование (регулируемое такими стандартами, как ASTM A123), объясняет, почему эти опоры обладают превосходной долговечностью, надежностью и высокой ценностью в течение всего срока службы. Поскольку сети сталкиваются с растущими требованиями, связанными с урбанизацией и экстремальными погодными условиями, техническое совершенство, заложенное в конструкцию, изготовление и защиту от коррозии стальных трубчатых опор, гарантирует, что они останутся жизненно важной частью нашей энергетической инфраструктуры на долгие десятилетия.

Узнайте больше на www.alttower.com

Связаться с нами